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剪切作用诱导的两性离子分子刷超滑探究

聚合物可以通过聚合反应将理想的超分子结构与局部单体相结合，从而得到能够解决不同问题且性能优异的组装体。聚合物刷就是这样一种超分子组装体，它一端锚定在基底上，分子链在良好的溶剂中舒展，呈刷装，通常用于控制界面的特性（如摩擦、润湿性、粘附性和生物相容性等）。我们采用表面引发原子转移自由基聚合反应（SI-ATRP）将PMPC分子刷接枝在二氧化硅晶片上，通过XPS、AFM图像表征确认PMPC成功接枝，利用AFM研究探针和PMPC刷之间的微观尺度摩擦特性。在初始阶段，系统的摩擦力比较大，之后由于剪切作用，部分PMPC逐渐转移到探针表面（通过XPS表征得出），使得系统的摩擦力随着滑动距离的增加而逐渐减小，最终系统实现了摩擦系数低至0.006的超润滑，主要归因于在磨合过程后形成了整齐均匀的水合层，剪切面从二氧化硅/PMPC逐渐变成了PMPC/PMPC，而且跑合结束后系统的润滑性能具有较好的稳定性。我们进一步研究了分子刷厚度、离子等对系统摩擦系数、结构以及力学性能等的影响，发现摩擦系数随着分子刷厚度的增加而减小，加入盐溶液则会不同程度地增加系统的摩擦系数。这项工作可以帮助我们采用表面改性的手段通过剪切作用来加强系统的润滑性能。